[發(fā)明專利]一種用于微納結(jié)構(gòu)表面三維形貌上的光刻方法

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• 申請日: 2022-05-25
• 公開（公告）號: CN114995053A
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王化賓;何渝;趙立新
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所
• 主分類號: G03F7/00
• 分類號: G03F7/00;G03F7/20;G01B11/25;B82Y40/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 鄧治平

本發(fā)明公開了一種用于微納結(jié)構(gòu)表面三維形貌上的光刻方法。該方法通過結(jié)構(gòu)光顯微測量樣品的表面形貌，結(jié)合光刻圖案，設(shè)計出對應(yīng)樣品表面三維形貌的三維光刻圖案，并通過計算全息算法得到計算全息圖，將計算全息圖加載到液晶空間光調(diào)制器上對入射激光進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的激光經(jīng)物鏡匯聚到樣品表面進(jìn)行光刻。本發(fā)明將結(jié)構(gòu)光顯微測量和單張計算全息圖對入射激光進(jìn)行調(diào)制以獲得三維光場相結(jié)合，在對任意表面形貌的樣品進(jìn)行加工時，可以更加精確的曝光需要轉(zhuǎn)移的圖案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納加工領(lǐng)域，特別涉及一種用于微納結(jié)構(gòu)表面三維形貌上的光刻方法。

背景技術(shù)

微納結(jié)構(gòu)具有體積小、重量輕、易集成等特點，微納尺度下的元器件，更是在光學(xué)和電學(xué)性能方面都展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。人們對于微系統(tǒng)研究逐漸深入，二維光刻即在平面上的光刻已經(jīng)不能滿足人們對于越來豐富的器件結(jié)構(gòu)的要求。在很多情況下，我們的樣品表面并不是一個理想的平面，想要實現(xiàn)更加精準(zhǔn)的二維圖案化，就要將其三維表面形貌考慮在內(nèi)，即進(jìn)一步考慮到曲面上的光刻，如何快速、精確、低成本的對任意表面形貌的樣品進(jìn)行圖案化亟待解決。

光刻領(lǐng)域較早的研究大多都是針對二維平面結(jié)構(gòu)，因而二維圖案結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)要比三維結(jié)構(gòu)成熟的多，為了實現(xiàn)三維微納結(jié)構(gòu)的制作，研究人員大多都采用套刻的方法進(jìn)行光刻，通過把三維物體切成多個二維圖層并進(jìn)行疊加來進(jìn)行光刻以獲得具有三維形貌的結(jié)構(gòu)，但是這種操作方法存在許多問題：(1)效率低，要想得到精準(zhǔn)的三維圖形，需要切片的片數(shù)很多。(2)實現(xiàn)難度大，層層套刻的方法對對準(zhǔn)系統(tǒng)的要求嚴(yán)格。(3)不適用于所有的三維物體，套刻的方法只能適用于臺階狀的三維形貌，對于具有連續(xù)曲面特征的三維微納結(jié)構(gòu)的加工，無法使用套刻的方法來實現(xiàn)，為了滿足不同形貌的三維微納結(jié)構(gòu)的需要，三維光刻領(lǐng)域逐漸出現(xiàn)各種各樣的加工方法。按照加工方式分類，三維光刻方法主要有：直寫式光刻，掩模光刻、基于空間光調(diào)制器的數(shù)字無掩模光刻、基于連續(xù)液面成型的三維光刻以及基于計算機(jī)斷層掃描的三維微立體光刻技術(shù)。直寫式光刻顧名思義即不需要掩模板，采用激光或者電子束或離子束來對光刻膠進(jìn)行逐點曝光，這種方式可以把聚焦光斑尺寸縮小到納米量級，具有非常高的精度，但由于是逐點掃描，效率跟傳統(tǒng)使用掩模板的光刻不在同一量級，并且電子束和離子束直寫光刻的設(shè)備的價格均非常高，只能用于小批量制備。

通過灰度掩模的方法來進(jìn)行三維光刻，只要單次曝光就可以實現(xiàn)三維圖像的轉(zhuǎn)移，效率得到了很大的提高，但掩模板的制作難度大，且只能用于固定的三維結(jié)構(gòu)的制作，這無疑大大增加了成本。

數(shù)字無掩模光刻是基于傳統(tǒng)的光刻工藝，是使用空間光調(diào)制器(SLM)代替?zhèn)鹘y(tǒng)掩模的一種極具潛力的光刻方法，空間光調(diào)制器可以通過計算機(jī)來對圖案進(jìn)行調(diào)控，這就去除了制造掩模的成本，走出了一個掩模只能對單一圖案進(jìn)行加工的窘境。

2019年，北京大學(xué)的李焱課題組在聚焦光場整形方面，通過將各切片全息圖疊加到空間光調(diào)制器上可以在單次曝光的情況下，一次性得到三維光場，加工出了PKU三個字母的三維形狀。同時，也使用動態(tài)全息圖順序播放的方式，通過三維工件臺的移動，加工出了復(fù)雜的長城結(jié)構(gòu)。然而目前存在的計算全息圖的算法都需要將目標(biāo)進(jìn)行切片，極大的增加了計算量以及光刻的效率。

基于目前的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了一種用于微納結(jié)構(gòu)表面三維形貌上的光刻方法。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述當(dāng)前技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種用于微納結(jié)構(gòu)表面三維形貌上的光刻方法，該方法結(jié)合結(jié)構(gòu)光三維微納結(jié)構(gòu)表面形貌檢測技術(shù)和單張全息圖恢復(fù)三維光場的計算全息算法，實現(xiàn)光刻，由于考慮到真實表面形貌，能夠更加精確的實施圖案化曝光。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種用于微納結(jié)構(gòu)表面三維形貌上的光刻方法，該方法的步驟如下：

步驟一：通過上位機(jī)程序控制壓電陶瓷以微小步距垂直掃描標(biāo)準(zhǔn)平面物體，每一次掃描過程中，利用DMD數(shù)字微鏡投影N步相移的正弦光柵條紋，利用CCD相機(jī)測量系統(tǒng)采集被測表面所調(diào)制的條紋圖，并將其儲存在計算機(jī)中；